slides3 avaliando propriedadesparte1 eg-2013 atual apagar outros -modo de compatibilidade

UTFPR Termodinmica 1

Avaliando Propriedades Termodinmicas

Moran e Shapiro - Cap. 3engel e Boles - Cap. 3Van Wylen e Sonntag - Cap. 3

Fase

Refere-se a uma quantidade de matria que homegnea como um todo, tanto emcomposio qumica como em estrutura fsica(slido, lquido ou vapor).

gua lquida + vapor duas fases gua lquida + gelo duas fases lcool(lq) + gua(lq) uma fase leo(lq) + gua(lq) duas fases Ar uma fase

Obs. separado de outras fases por fronteira facilmente identificvel.

Fases - gua

Slido Lquido Gasoso

Substncia Pura Aquela cuja composio qumica

homognea (uniforme) e invarivel.

Pode existir em mais de uma fase, mas sua composio qumica deve ser a mesma em cada uma das fases Mistura uniforme de gases (forma gasosa) H2O lquido + H2O vapor

Pode ser uma mistura de vrios elementos qumicos, contanto que a mistura seja homognea (ex. ar)

Substncia Pura

Substncias Puras

No Substncia Pura

Definindo Estado

Estado a condio de um sistemadescrito pelas suas propriedades;

Nem todas as propriedades soindependentes entre si; e

O estado pode ser determinado peloestabelecimento das propriedadesindependentes.

Princpio dos Estados Equivalentes

um guia para determinao do nmero depropriedades independentes necessrio paradeterminar o estado de um sistema.

Existe uma propriedade independentepara cada forma pela qual a energia de umsistema pode ser variadaindependentemente.

Princpio dos Estados Equivalentes

O nmero de propriedades independentes igual a um mais o nmero de interaesrelevantes do sistema devido a trabalho.

Formas de transferncia de energia: calor +trabalho (vrias formas).

Sistemas Compressveis Simples

Sistema simples: onde existe somenteuma forma pela qual a energia do sistemapode ser significativamente alterada portrabalho;

Como o nome sugere a forma de alterar aenergia de sistemas compressveis simples por processos de mudana de volume(trabalho pdV).

Princpio dos estados equivalentespara sistemas compressveis simples

So necessrias duas propriedadesintensivas independentes para descrever oestado de sistemas compressveissimples.

Propriedades intensivas independentes

Propriedade: alguma caractersticaquantificvel do sistema, que independe dohistrico;

Intensiva: a determinao/medio dapropriedade no depende da quantidade dematria do sistema; e

Independente: a variao de uma propriedadeno impacta na outra.

Relao p-v-T

A partir de conhecimento experimental,sabe-se que a temperatura e o volumeespecfico podem ser consideradosindependentes e a presso como funodestes dois: p= p(T,v);

Essa funo gera uma superfcie chamadasuperfcie p-v-T.

Todos os pontos na superfcie representamum estado de equilbrio .

Regio p-v-T

Com expanso nasolidificao

Com contrao nasolidificao

Caractersticas na Superfcie p-v-T

Regies Monofsicas, onde oestado pode ser determinadopor duas das propriedades p-v-T.Aparecem como superfciescurvas.

Regies Bifsicas, onde o estado s pode ser determinadopor v e uma das propriedades p-TAs superfcies so perpendiculares ao plano p-T

Linha Tripla, onde coexistem as trs fases em equilbrio

Regio de Saturao ouDomo de Vapor

Linha de LquidoSaturado

Linha de VaporSaturado

Ponto Crtico, estado mximo onde podecoexistir, em equilbrio, lquido e vapor

Projees Diagrama de Fases Com expanso na

solidificaoCom contrao na

solidificao

Nestes diagramas as linhas representam as regiesbifsicas. E cada ponto nestas linhas permite observar aTemperatura e Presso de Saturao.

Diagrama p-vPercebe-se que nas isotermas: TTc : no h regio identificvel de

mudana de fase; e p diminui quando v aumenta (a uma dada T);

T=Tc : Ponto de inflexo;

Diagrama T-vPercebe-se que nas isobricas: PPc : no h regio identificvel de mudana de fase; P=Pc : Ponto de inflexo; Regies monofsicas: T com v

Mudana de Fase a P constante -Substncias Puras

Tendo 1Kg de gua a uma temperatura de 20C e p= 1,014 bar.

Estado denominadolquido sub-resfriado,pois est abaixo datemperatura de saturao;Ou lquido comprimido,pois est com pressomaior que de saturao,naquela temperatura.

Identificao de Fases - Substncias Puras

Mudana de fase a presso constante- Substncias Puras(do estado 1 ao s)

Mudana de Fase a presso constante - Substncias Puras

vapor

lquido vapor

mm m

Aquecendo o lquido anterior, mas mantendo a presso constante, alcana-se o ponto de lquido saturado;

Aps isso ser verificada mudana de fase temperatura constante, at o momento que todo o lquido vaporiza e alcana-se o ponto de vapor saturado;

Durante o processo de mudana de fase as fases de lquido-saturado e vapor-saturado coexistem e suas quantidades so relacionadas pelo ttulo.

Mudana de fase a presso constante- Substncias Puras(do estado 1 ao s)

Tendo 1Kg de gua a uma temperatura de 120C e p= 1,014 bar;

Identificao de Fases -Substncias Puras

So estados denominadosVapor superaquecido, pois esto acima da temperatura de saturao na presso correspondente;Para estados acima da presso crtica os termos vapor e lquido perdem seusignificado.

Mudana de Fase a presso constante (de 1 a 5) - Substncias Puras

Mudanas de fase

Fuso

Sublimao

Vaporizao

Mudana de Fase gua

Mudana de Fase - Substncias Puras

Obtendo Propriedades Termodinmicas

Estes dados podem ser obtidos de vrias formas, incluindo tabelas, grficos, equaes e programas de computador;

Nossa discusso ficar centrada nas propriedades da gua dadas pelas tabelas termodinmicas A-2 a A-6 (Moran e Shapiro), tambm denominadas tabelas de vapor;

A denominao das tabelas segue o apndice do livro Princpios de Termodinmica para Engenharia, 4 Edio.

Presso, Volume especfico e Temperatura

A presso e a temperatura so propriedades independentes nas regies monofsicas de lquido e de vapor;

Por isso, com essas duas propriedades possvel encontrar as outras;

A Tabela A-4 a tabela de gua como vapor superaquecido;

A Tabela A-5 a tabela de gua como lquido comprimido.

Vapor Superaquecido

Para gua na forma de vapor superaquecidoa 4 MPa e 600C, tem-se da tabela A-4:

Tsat=250,40C

v=0,09885 m/Kg

Lquido Comprimido

Para gua na forma de lquido comprimido a 5 MPa e 80C, tem-se da tabela A-5:

Tsat=263,99C

v=0,0010268 m/Kg

Interpolao Linear

(0,16987 0,15817) / ( 0,15817) /(1200 1100) (1150 1100)

m Kg v m KgC C

0,16402 /v m Kg

Para gua na forma de vapor superaquecidoa 4 MPa e 1150C, tem-se da tabela A-4:

Como na tabela no h esta temperatura temos que interpolar os dados, este mtodo bastante vlido epermite boa preciso;

Determine a fase ou as fases da gua para: A) p=5 bar; T=151,9C B) p=5 bar; T=200C C) T=200C; p=2,5 MPa D) T=160C; p=4,8 bar E) T= -12C; p=1 bar

Exerccio em aula

Ex. 10 (3.6) Determine a fase (ou fases) deum sistema que consiste em H2O nasseguintes condies e esboce os diagramas p-v e T-v mostrando a localizao de cadaestado.a) p=5 bar; T=151,9Cb) P=5 bar; T= 200Cc) T=200C; p=2,5 MPad) T=160C; p=4,8 bare) T=-12C; p=1bar

Exerccio sugerido (APS1)

Ex. 11 (3.7) Determine para H2O:a) Volume especfico [m3/kg] a T=240C e p

=1,25 MPab) Temperatura [C] a p=1,5 MPa; v=0,1555

[m3/kg]c) Volume especfico [m3/kg] a T=220C,

p=1,4 MPa.


Ex. 12 (3.10) Determine as propriedadespara H2O e localize o estado num diagramaT-v:a) T[C] para p=300 kPa; v=0,5 [m3/kg]b) v[m3/kg] para p=28 MPa; T=200Cc) v[m3/kg] para p=1 MPa; T=405Cd) v[m3/kg] para T=100C; x=60%

Ex. 13 (3.17a) Determine o ttulo da gua a20C e 20 [m3/kg].


Ex. 14 (3.21) Um cilindro rgido hermticocontm diferentes volumes de gua lquidasaturada e vapor dgua saturado natemperatura de 150C. Determine o ttulo damistura, expresso em porcentagem. (R.0,0041)


Ex. 15 (3.24) Um tanque rgido fechadocom 0,2 m3 contm gua a presso inicial de5 bar e ttulo de 50%. Calor transferido atque o tanque tenha somente vapor saturado.Determine a massa final de vapor no tanque[kg] e a presso final [bar] (R. 1,064 kg; 10,5bar)


Ex. 16 (3.26) Dois mil quilogramas de gua,inicialmente um lquido saturado a 150C, soaquecidos em um tanque rgido fechado atum estado final em que a presso 2,5 MPa.Determine a temperatura final, em C, ovolume do tanque [m3] e esboce o processonos diagramas P-v e T-v. (R. 150,15C; 2181m3)


Ex. 17 (3.27) Vapor dgua est contido em umreservatrio rgido e fechado de 1 m3. Inicialmente apresso e temperatura da gua so 7 bar e 500C,respectivamente. A temperatura reduzida comoresultado da transferncia de calor para avizinhana. Determine a temperatura na qual acondensao se inicia, em C, e a frao de massatotal que se encontra condensada quando a pressoatinge 0,5 bar. Qual o volume em m3 ocupado pelolquido saturado no estado final? (R. 140C; 0,8520;0,00203 m3)


Ex. 18 (3.30) Um quilograma de gua seencontra inicialmente no ponto crtico:a) Se a gua resfriada a volume especficoconstante at a presso de 30 bar, determineo ttulo no final do estado. (R. 2,96%)b) Se a gua passa por uma expanso atemperatura constante at a presso de 30bar, determine o volume especfico no finaldo estado em m3/kg. (R. 0,0948 m3/kg)


Ex. 19 (3.35) Vapor dgua incialmente a 10bar e 400C est contido no interior de umconjunto pisto-cilindro. A gua resfriada avolume constante at a temperatura seja de150C. A gua ento condensadaisotermicamente at o estado de lquidosaturado. Considerando a gua como comosistema, avalie o trabalho em [kJ/kg]. (R. 145,4 kJ/kg)


Referncias

MORAN, Michel J. & SHAPIRO, Howard N. Princpios de termodinmica para engenharia. 4 edio. LTC. 2002.

slides3 avaliando propriedadesparte1 eg-2013 atual apagar outros -modo de compatibilidade

Documents